wie berechne ich die aufzuwendende Kraft einer Hebelwirkung

[Skynet]

Bin gerade dabei einen µ-Prozessorgesteuerten Roboterkäfer zu bauen.
6 Beine, ingesamt 18 Motoren, 6 von denen sind zum Heben. nur diese 6 Motoren weis ich nicht zu bestimmen(Drehmoment).
Ich schätze das das ganze Teil wird 15 bis 20 Kg schwer werden kann.
Der Schenkel der nach untengedrückt wird ist ca. 10cm lang, 3 Beine sind mindestens am boden die das Teil halten oder hoch heben, da kommen
min. 5 Kg pro Bein.

Ich möcht ein Getriebemotor verwenden, mit 20 U/min, das macht 1s für 120°

wie berechne ich das nötige Drehmoment für den motor.[/flash]

[PicNick]

Viielleicht findest du da was
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Spinnenbeine#Kr.C3.A4fte_am_Spinnenbein

Und einen meterlangen Thread dazu haben wir auch
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=12482&highlight=spinnenbein

[Skynet]

Ich bin mir nicht sicher, auf der Seite ist ein starken Motor, dann gibts da noch ein mit doppelter Leistung

http://www1.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flNlc3Npb249UDkwV0dBVEU6Q19BR0FURTA2OjAwMDEuMDE4Y i42MTMxZWFiYyZ+aHR0cF9jb250ZW50X2NoYXJzZXQ9aXNvLTg 4NTktMSZ+U3RhdGU9MTA4NTExNTIyMA==?~template=PCAT_A REA_S_BROWSE&mfhelp=&p_selected_area=%24ROOT&p_selected_area_fh=&perform_special_action=&glb_user_js=Y&shop=B2C&vgl_artikel_in_index=&product_show_id=&p_page_to_display=DirektSearch&~cookies=1&zhmmh_lfo=&zhmmh_area_kz=&s_haupt_kategorie=&p_searchstring=gertiebemotor&p_searchstring_artnr=&p_search_category=alle&r3_matn=&insert_kz=&area_s_url=&brand=&amount=&new_item_quantity=&area_url=&direkt_aufriss_area=&p_countdown=&p_80=&p_80_category=&p_80_article=&p_next_template_after_login=&mindestbestellwert=&login=&password=&bpemail=&bpid=&url=&show_wk=&use_search=3&p_back_template=&template=&kat_save=&updatestr=&titel=&darsteller=&regisseur=&anbieter=&genre=&fsk=&jahr=&jahr2=&dvd_error=X&dvd_empty_error=X&dvd_year_error=&call_dvd=&kna_news=&p_status_scenario=&documentselector=&aktiv=&p_load_area=$ROOT&p_artikelbilder_mode=&p_sortopt=&page=&p_catalog_max_results=10

die sind sehr stark, müssen es doch schaffen

[Tuxy]

ges.: M in Ncm (Motor)
geg.: m= 6,67kg ; l= 10cm
Lös.: M=F*r

F= m*g
F= 6,67kg*9,81m/s²
F= 65,4N


r= sin alpha*l
rechnen wir statt r mit l/2

M= F*l/2 (r)
M= 65,4N*10/2cm
M= 327Ncm

r ist der Hebelarm, um den genau auszurechnen müsste
man den Neigungswinkel der Beine wissen.

Ich habe jetzt einfach mit l/2 gerechnet,
ich denke das Ergebniss wird normalerweise etwas kleiner ausfallen.

So ich hoffe mal das stimmt in etwa.

Ach und direkte Links zu Conrad funktionieren nicht,
deswegen immer bitte Artikelnummer angeben.

[Skynet]

mit dem link, dass wusste ich nicht.

Hier sind die Artikelnummern:
- der kleine Motor 222375 - 62
hat max. 6,21 W , 0,653 Ncm
- der grosse Motor 222367 - 62
hat max. 21,2 W , 1,544 Ncm

Das kann nicht hin kommen, der grosse wieg 1/4 Kg hat 21,2 W,
bei den benötigten 327 Ncm entspicht dass einer erforderlichen Leistung
von 4500 W, dass währe eine motor von ca. 10 Kg, dafür benötige ich Starkstrom.

Kann es sein dass die Angaben bei Conrad falsch sind???
statt Ncm -> Nm

[Tuxy]

Die Drehmoment Angaben beziehen sich auf die Motoren.
Dahinter befindet sich dann noch das Getriebe,
welches für die Übersetzung sorgt.
Man kann dann einfach mit dem Drehmoment des Motors
und der Übersetztung des Getriebes das Drehmoment ausrechnen.

Also z.b. 0,653Ncm*810=529Ncm (nach dem Getriebe)
Man sollte aber noch unbedingt den Wirkungsgrad mit einbeziehen,
vielleicht 75-80%, hab da keine genauen Werte.

Das macht dann ca 397Ncm


Man sollte aber auch mit den Angaben von Conrad etwas vorsichtig sein,
da steht öfter was falsches.
Am besten im Datenblatt des Motors gucken und selbst ausrechnen.

Aber guck dir lieber die oberen Links mal genauer an,
mit meinen "Rechnungen" kann man keinen Laufroboter bauen.

[HannoHupmann]

@Skynet da ich mich seit vielen Jahren mit dem Thema Hexabots beschäftige und wie gerade eben den Artikel Spinnenbeine in unserer Wikipedia immer wieder weiter führe muss ich mich doch etwas wundern über dein Projekt.

Eine Frage, welche sich mir sofort aufdrängt ist: "warum soll der Roboter so imens schwer werden"
Wie durch die Rechnungen bereits deutlich wurde, liegt das Gewicht deutlich über dem Drehmoment welches mit Servomotoren ereicht werden kann. Ein Servomotor verfügt über Potentiometer und ingetrierte Schaltung zur Ansteuerung und einen Getriebemotor.

Falls du also, gezwungen durch das hohe Gewicht Getriebemotoren verwenden musst, brauchst du Potentiometer und integriete Schaltung o.ä. für die Ansteuerung zusätzlich.
Abgesehen davon sind Getriebemotoren nicht auf Haltekräfte im bereich 5-6kg ausgelegt sondern auf das Bewegen selbiger. Für das Halten von 5kg müssen aber deutlich bessere Motoren eingesetzt werden als für das Bewegen, sonst würden sich die Motorn zu stark erhitzen (sich bewegende Motoren werden durch ihre eigenbewegung gekühlt).

Ab 10kg muss eigentlich jede Achse Kugelgelagert werden oder zuminderst mit guten Gleitlagern, die Reibungsverluste werden sonst einfach zu gross.

Fazit über 5kg wird ein Hexabot schnell über 1000€ teuer und damit für ein Hobbyprojekt zu teuer.

Standartmässig liegen Hexabots im Hobbybereich zwischen 1kg und 3kg und verwenden Servos mit etwa 55Ncm. Die kosten selbiger sind auch schnell bei einigen hundert Euro aber weit unter 1000€.

Also nochmal die Frage: "warum wird der Roboter so schwer"

[Skynet]

Warum so schwer? ist mehr oder weniger geschätz!

- ich rechne mit 18 Motoren je ca. 200g (fast 4 Kg)
- das Gestell wird aus Aluminium, teilweise Messing gefertigt,
wie viel das Gestell wiegen wird kann ich nur raten (e.v.t. 4 - 6 Kg)
- der Akku mehere NiMH/NiCd in reihe und parallel (ca. 2 Kg)
[lange Laufzeit]
- die Elektronik schätze ich 1/2 Kg

sind mindestens 12 Kg
Aus diesen Grund möchte ich keine Servos nehmen.
Ich hab schon ein Gelenk gefertigt, Getriebemotor treibt ein Kugelgelagerten Schwenkarm an und die Position des Schwenkarms wird über ein einfaches 10K Poti über eine Auswerteinheit bestimmt und angesteuert.

Das sich die Angaben von Getriebemotor Ncm nur auf den Motor beziehen wusste ich nicht, dachte die Angabe ist nach dem Getriebe.

Danke!

[HannoHupmann]

@Skynet, ähm ja ganz ehrlich wenn es nur darum geht einen Hexapod zu bauen ist es so leider der gänzlich Falsche Ansatz. Der wird noch richtig teuer werden wenn du das durchziehen willst.

18 Motoren durch 18 Servos ersätzt und schon wiegen die nur noch 1/2kg
Gestell aus Epoxyd und Lexan anstatt Metall etwa 200g.
Akkus aus Lithium Polymer (LiPos) für 100g das Stück parallel geschalten auch nicht sehr viel schwerer als 300g.
Elektronik auch noch mal ein paar 100g, insgesamt knapp 2kg. Bei gleicher Abmessung und Kostentechnisch und Aufwandstechnisch mehr als die Hälfte gespart.

Nochwas, meine tests haben ergeben 18Servos (die ziehen ja selber nicht viel Strom) ~ 2-3Amper.
Jetzt überleg mal 18 Motoren mit jeder 837mA (laut Conrad) ungefähr 15Ampere !!! Holla die Waldfee. Ok weiter durchgerechnet Akku Modellbau mit Memory Effekt (NiMh/NiCd haben sowas) mit 2400mAh. Wenn dein Roboter jetzt also 1 Stunden laufen soll dann braucht er Akkus mit einer Kapazität von 15.000mAh oder ungefähr 6 mal 2400mAh.
Nochmal zum Vergleich bei meinem ein Stromverbrauch von 2,5A und einem LiPo Akku mit 1800mAh also folglich eine Laufzeit von 45mins.

Nur hier jetzt an dem Beispiel nochmal gezeigt, überleg dir das nochmal was du baust und bau es nicht so wie du es gerade planst. Ich meine es wirklich nur im guten weil ich einfach das viele schöne Geld sehe, welches du im Begriff bist für ein Projekt welches nicht funktionieren kann, hinaus wirfst.

Ich helf dir gerne beim überlegen wie man einen günstigen Hexabot baut.

[Skynet]

Hallo! HannoHupmann

Das ist ja auch erst mal nur eine Idee.

Bei 15A müssen ja alle Motoren gleichzeitig auf volle Leistung laufen,
es werden aber immer nur ein paar angesteuert, und die Leistung möchte ich auch Frequenzmoduliert regeln.

Und ob das Gestell so schwer wird weis ich echt nicht.
Durch gewisse Hohlräume kann auch Gewicht sparen, oder ich finde andere Materialien.
Aber die Servos scheinen mir zu schwach zu sein, ich möchte was robustes

[HannoHupmann]

Ein Hexabot aus Lexan und Epoxyd ist robust. Wenn man komplett Epoxyd verwendet ist er sogar sehr robust.
Deine Motoren werden die volle Leistung ziehen. Weil praktisch jeder Motor zu jedem Zeitpunkt im Einsatz ist. Entweder um ein Bein zu bewegen oder um ein Bein auf Position zu halten. Selbst wenn du nur 7,5A zieht brauchst du immernoch 3 Akkus um die Laufzeit von 1h zu erreichen. Wenn ich bei meinem Roboter noch nen Lipo parallel anhänge bekomm ich 100g Zuladung und eine Laufzeit von 1,5h.

Was ich sage ist nur ein Tipp und wenn du es lieber selber ausprobieren willst dann mach es, aber es wird dich viel Geld kosten und eventuell ist alles umsonst. Ich finde es einfach unsinnig einen Roboter einfach so zu basteln ohne sich das ganze vorher überlegt zu haben.

[Skynet]

Du hast schon recht, aber Epoxyd ist doch ziemlich teuer, Lexan ist mir nicht bekannt.

Um die Position halten zu könnte kann man auch die Ansteuerung so entwickeln dass der Motor wenn er nicht angesteuert wird kurzgeschlossen wird.
Wenn nun die beiden Anschlüsse zusammen geschlossen sind läst sich der Rotor schwerer in bewegung setzen, und dann kommt noch die hohe Übersetzung des Getriebes ins Spiel.

Ich muss mir alles noch überlegen. Ob nun Metal oder Plastik.
Bei Metal weis ich es ist stabil, alles bleibt in der Führung und gibt nicht nach. Das andere lässt sich wohl besser bearbeiten und ist leichter.
Keine Ahnung
Ich kenn mich nur in Elektronik aus, das mechanische ist ein anderes ding

[Skynet]

Habe gerade den Artikel von Mc_Loyd gelesen.
Es geht um GFK/CFK, dass hört sich sehr interessant an.
Aber wenn ich da alles zusammkleister wie bekomme ich dort Kugellager, Zahnräder, Motoren und andere Anbauten ran?

[Klingon77]

hi

hast du schon mal an Schneckengetriebe für Deinen Bot gedacht?
Diese sind selbsthemmend.

D.h. Du benötigst keine Haltekraft wenn das Bein ruht. Dies spart eine Menge Akkustrom, da das Bein die meißte Zeit ruht und die Bewegung eigendlich die Ausnahme ist.

Des weiteren lässt sich mit einem solchen Getriebe mit nur zwei Komponenten schon eine große Übersetzung erreichen.

Gruß, Klingon77

[Skynet]

Ich bin noch am überlegen, hab mir erst mal 3 Getriebemotoren gekauft.
Ich mache die Elektronik und mein Bruder die Mechanik.

D.h. Du benötigst keine Haltekraft wenn das Bein ruht.
Die Getriebemotoren haben eine so hohe Untersetzung dass sie(glaube ich) von Aussen her nicht zubewegen sind. Die halten sich doch auch selbst, oder?

[Skynet]

Was meinst du mit Schneckengetriebe? -> Gewindstangen, hab ich auch mal überlegt, aber dass schaut dann einwenig ungewöhnlich aus. Und der Motor muss beweglich gelagert sein, da sich der Winkel von der Gewindestange ändert.
Jetzt habe ich auch mal was von Hubmagneten gehört, nur damit habe ich garkeine Erfahrung, und mit denen kann man auch nicht preziese Steuern.

Jetzt möchte ich erst mal mit Getriebemotoren probieren, nur da ist wieder das Problem dass ich die Kraft über Kegelräder auf das Gelenk übertragen muss. die Kegelräder sind aus Messing, nur wie hoch ist dann da der Verschleiss, denn diese übertragen ja die Kraft und halten somit die ganze Kiste.

[Klingon77]

hi,

Schneckengetriebe: Schneckenrad auf Abtriebswelle und Schnecke auf Motorwelle. Übersetzung meist 1:40.

Hubmagnete sind nicht gut, da sie zum Halten ebenfalls permanent Strom verbrauchen. Eine präzise Steuerung wirst Du damit nicht erreichen.

Je nach Übersetzung kann auch ein konventionell aufgebautes Getriebe die Haltekraft aufbringen, die Du benötigst.
Du könntest aber auch die Haltekraft mit einer federbetätigten Bremse herbeiführen, die dann bei Bewegung mit Elektromagneten gelöst wird.
Beim Einbau einer Scheibenbremse hättest du einen größeren Durchmesser an der Achse und und der Federdruck, den Du dann bei Bewegung aufheben musst, wäre auch nicht so hoch.

Gruß, Klingon77

[Skynet]

Hallo! Das mit der Schnecke hört sich richtig gut an aber jetzt hab ich schon
die Motore (20 U/min) die sind dann zulangsam für ein Schneckengetriebe.

Das Bremsen mit ner Extrabremse ist mir zu aufwendig, wenn der Motor
grade nicht läuft lasse ich ihn kurzgeschlossen, dass bewirkt auch ein gewisses Haltemoment und wenn dass nicht reicht gebe ich eine kleine
Haltespannung auf ihn.

[Klingon77]

hi,

das mit der Extrabremse habe ich falsch ausgedrückt.

Die "Bremsscheibe" dient nicht zum abbremsen des Motors, sondern zum halten des Beines in der angefahrenen Stellung.

Dies erspart Dir den Stromverbrauch, den beispielsweise Servos auch im Stillstand haben.

Die Bremse wird dann elektromagnetisch nur gelöst, wenn sich die entsprechende Achse löst.

Also:
Bremse lösen (Elektromagnet einschalten)
Achse bewegen
Bremse zum halten mit Federkraft schließen.

Wenn die "Haltebremse" auf der Motorachse vor dem Getriebe liegt brauchst Du nur sehr geringe Kräfte, da ja vieles der Haltekraft schon vom eigentlichen Getriebe aufgebracht wird.

Dies spart Strom, und verlängert die Laufzeit mit einer Akkuladung.

Gruß, Klingon77

[Skynet]

Hallo! Aber von diesen Haltebremsen werde ich min. 6 Stück benötigen, das ist auch wiederum Mehrgewicht. Was würde eine Bremse wiegen?

[Klingon77]

hi,

die Bremsscheibe, die Feder und die Halterung wären wohl ziemlich leicht, da ja vor dem Getriebe an der Motorwelle gebremst wird und keine großen Kräfte aufgebracht werden müssen.

Am schwersten ist wohl der E-Magnet.

Was das ganze wiegt, oder ob es sich der zusätzliche Bauaufwand lohnt hängt im wesentlichen von den Selbsthaltekräften Deines Getriebes ab.

Ausrechnen kann ich es nicht. Wenn Du aber sicher gehen wilst, kannst Du ja einen späteren Einbau konstruktionsmäßig in den ursprünglichen Entwurf mit einplanen.

Gruß, Klingon77

[Skynet]

Naja, ich habe Getriebemotoren, da ist das Getriebe direkt am Motor, da passt nicht mehr dazwischen. Aber ich probiere es erst mal so, hoffe dass es mit dem Kegelrädern funktioniert, sonst müsste ich auf Schreckengetriebe umstellen und neue Motore kaufen

[Klingon77]

hi,

kann auch so gehen.
Lass Dich nicht entmutigen. War nur so eine Idee von mir!
Ansonsten: Viele Wege führen nach Rom!!!

Gruß, Klingon77

[Skynet]

Trotzdem Danke für die Ideen.